電纜絕緣性能的探討

所謂絕緣就是使用不導電的物質將帶電體隔離或包裹起來，以對觸電起保護作用的一種安全措施。良好的絕緣對于保證電氣設備與線路的安全運行，防止人身觸電事故的發(fā)生是最基本的和最可靠的手段。

絕緣通�？煞譃闅怏w絕緣、液體絕緣和固體絕緣三類。在實際應用中，固體絕緣仍是最為廣泛使用，且最為可靠的一種絕緣物質。

有強電作用下，絕緣物質可能被擊穿而喪失其絕緣性能。在上述三種絕緣物質中，氣體絕緣物質被擊穿后，一旦去掉外界因素（強電場）后即可自行恢復其固有的電氣絕緣性能；而固體絕緣物質被擊穿以后，則不可逆地完全喪失了其電氣絕緣性能。因此，電氣線路與設備的絕緣選擇必須與電壓等級相配合，而且須與使用環(huán)境及運行條件相適應，以保證絕緣的安全作用。

此外，由于腐蝕性氣體、蒸氣、潮氣、導電性粉塵以及機械操作等原因，均可能使絕緣物質的絕緣性能降低甚至破壞。而且，日光、風雨等環(huán)境因素的長期作用，也可以使絕緣物質老化而逐漸失去其絕緣性能。

概括來說，影響絕緣材料性能的主要指標有：

1、絕緣電阻、電阻率：電阻是電導的倒數(shù)，電阻率是單位體積內的電阻。材料導電越小，其電阻越大，兩者成倒數(shù)關系，對絕緣材料來說，總是希望電阻率盡可能高。

2、相對介電常數(shù)和介質損耗角正切：絕緣材料用途有二：電網(wǎng)絡各部件的相互絕緣和電容器的介質（儲能）。前者要求相對介電常數(shù)小，后者要求相對介電常數(shù)大，而兩者都要求介質損耗角正切小，尤其是在高頻與高壓下應用的絕緣材料，為使介質損耗小，都要求采用介質損耗角正切小的絕緣材料。

3、擊穿電壓、電氣強度：在某一個強電場下絕緣材料發(fā)生破壞，失去絕緣性能變?yōu)閷щ姞顟B(tài)，稱為擊穿。擊穿時的電壓稱為擊穿電壓（介電強度）。電氣強度是在規(guī)定條件下發(fā)生擊穿時電壓與承受外施電壓的兩電極間距離之商，也就是單位厚度所承受的擊穿電壓。對于絕緣材料而言，一般其擊穿電壓、電氣強度的值越高越好。

4、拉伸強度：是在拉伸試驗中，試樣承受的最大拉伸應力。它是絕緣材料力學性能試驗應用最廣、最有代表性的試驗。

5、耐燃燒性：指絕緣材料接觸火焰時抵制燃燒或離開火焰時阻止繼續(xù)燃燒的能力。隨著絕緣材料應用日益擴大，對其耐燃燒性要求更顯重要，人們通過各種手段，改善和提高絕緣材料的耐燃燒性。耐燃燒性越高，其安全性越好。

6、耐電�。涸谝�(guī)定的試驗條件下,絕緣材料耐受沿其表面的電弧作用的能力。試驗時采用交流高壓小電流，借高壓在兩電極間產生的電弧作用，使絕緣材料表面形成導電層所需的時間來判斷絕緣材料的耐電弧性。時間值越大，其耐電弧性越好。

7、密封度：對油質、水質的密封隔離比較好。

而影響電介質的四大基本常數(shù)是：

介電常數(shù)：是指以電極化的方式傳遞、存儲或記錄電的作用。

電導：是指電介質在電場作用下存在的泄漏電流。

介電損耗：是電介質在電場作用下存在電能的損耗。

介電強度：是指在強電場下可能導致電介質的破壞。

好的電介質要求較容易極化，具有較高的介電常數(shù)和介電強度，較低的電導和介電損耗。當電場強度超過某一臨界值時，介質由介電狀態(tài)變?yōu)閷щ姞顟B(tài)，這種現(xiàn)象稱介電強度的破壞，或叫介質的擊穿。介質擊穿時，相應的臨界電場強度稱為介電強度，或稱為擊穿電場強度。故介電強度是一種材料作為絕緣體時的耐電強度的量度。它定義為試樣被擊穿時，單位厚度承受的最大電壓， 表示為伏特每單位厚度；物質的介電強度越大， 它作為絕緣體的質量越好。下表列出了電纜常用絕緣材料的介電強度參考值，其中橡膠類是以原膠作為參考材料。

電纜常用絕緣材料的介電強度（僅供參考）

材料 介電強度（kV/cm） 材料 介電強度（kV/cm）

空氣 33 XLPE 250

云母帶 180 低煙無鹵 200

聚酯帶 1300 EPDM 300

PVC 200 CPE 220

PE 250 硅橡膠 300

氣體絕緣材料具有高的電離場強和擊穿場強，擊穿后能迅速恢復絕緣性能，化學穩(wěn)定性好，不燃、不爆、不老化，無腐蝕性，不易為放電所分解，而且比熱容大，導熱性、流動性均好。空氣是用得最廣泛的氣體絕緣材料。例如，交、直流輸電線路的架空導線間，架空導線對地間均由空氣絕緣。高壓標準電容器也采用氣體絕緣介質，早期采用高氣壓的氮或二氧化碳，現(xiàn)多用六氟化硫（SF6）。SF6還用于制造高壓斷路器、金屬封閉式組合電器、氣體絕緣的輸電管道電纜和氣體絕緣變壓器等。

我們討論的絕緣材料中含有氣泡時，氣泡的相對介電常數(shù)ε很小，因此加上電壓后氣泡上的電場較高。而氣泡本身的抗電強度比固體介質要低的多（一般空氣的Eb≈33kv/cm），所以首先氣泡擊穿，引起其他放電（電離），產生大量的熱，容易引起整個介質擊穿；由于在產生熱量的同時